JVM 一直都是面试的必考点,大家都知道,但是要把它搞清楚又好像不是特别容易。JVM 的知识点太散,不系统,所以不便于归纳总结,今天楠哥今天就来帮大家解决这个问题,用一篇文章把 JVM 的结构讲清楚。
JVM 可分为 5 个部分,分别是:
1、类加载器(Class Loader)
2、运行时数据区(Runtime Data Area)
3、执行引擎(Execution Engine)
4、本地库接口(Native Interface)
5、本地方法库(Native Libraies)
这其中最复杂的是运行时数据区,又可分为方法区、虚拟机栈、本地方法栈、堆、程序计数器,并且方法区和堆是线程共享的,虚拟机栈、本地方法栈、程序计数器是线程隔离的,JVM 的结构如下图所示。
搞清楚了 JVM 虚拟机的结构,接下来我们详细讲解它的每一部分。
类加载器:加载字节码文件到内存。
执行引擎:对 JVM 指令进行解析,翻译成机器码,解析完成后提交到操作系统中。
本地库接口:供 Java 调用的融合了不同开发语言的原生库。
本地方法库:Java 本地方法的具体实现。
运行时数据区:JVM 核心内存空间结构模型。
运行时数据区是 JVM 内存结构最重要的部分,接下来我们详细讲解运行时数据区的各个组成部分。
1、方法区
方法区存储虚拟机加载的类信息、常量、静态变量,即时编译器编译后的代码等数据。方法区是一种规范,永久代是方法区的一种实现,这里有个常考的面试题:JDK 7 以前的版本字符串常量池是放在永久代中的,JDK 7 将字符串常量池移动到了堆中,JDK 8 直接删除了永久代,改用元空间替代永久代。
2、本地方法栈
本地方法栈与 Java 栈的作用和原理基本相同,都可以用来执行方法,不同点在于 Java 栈执行的是 Java 方法,本地方法栈执行的是本地方法。
什么是 Java 的本地方法?Java 是基于应用层的高级编程语言,无法访问操作系统底层信息,如底层硬件设备等,这个时候就需要使用其他语言来完成功能了,比如 C 语言,本地方法的使用原理如下所示:
1、在 Java 程序中声明 native 修饰的方法,只有方法定义,没有方法实现,将该 Java 文件编译成字节码文件。
2、用 javah 编译字节码文件,生成一个 .h 文件。
3、写一个 .cpp 文件实现 .h 文件中的方法。
4、将 .cpp 文件编译成动态链接库文件 .dll 。
5、使用 System.loadLibrary() 加载动态连接库文件。
这样就可以实现本地方法的调用,用 Java 调用非 Java 编写的接口,基本原理是利用反射机制,在运行的时候找到 .dll 文件并且解析,根据动态链接库中的文件名称创建出对象和方法,然后我们就可以利用对象调用方法了。
常见的本地方法有:public final native Class<?> getClass()、public native int hashCode()、protected native Object clone()。
3、程序计数器
程序计数器占用的内存空间较小,是当前线程所执行的字节码行号指示器,通过改变这个计数器的值来选取下一条需要执行的字节码指令。多个线程之间的程序计数器相互独立,互不影响,为了保证每个线程都恢复后都可以找到具体的执行位置。
4、Java 堆
Java 堆用来存放实例化对象,Java 堆被所有线程共享,在虚拟机启动时创建,用来存放对象实例,是 Java 内存结构中的大头,占用大部分的空间,是 GC 的主要管理区域,又可分为年轻代、老年代、永久代,JDK 8 及以后去掉了永久代。
年轻代
年轻代又可分为 Eden,from Survivor,to Survivor。
Eden区:对象刚被创建的时候,存放在 Eden 区,如果 Eden 区放不下,则放在 Survivor 区,甚至老年代中。
Survivor 区:Survivor 又可分为 Survivor From 和 Survivor To,GC 回收时使用,将 Eden 中存活的对象存入 Survior From 中,下一次回收时,将 Survior From 中的对象存入 Survior To 中,清除 Survior From ,下一次回收时重复次步骤,Survior From 变成 Survior To,Survivor To 变成 Survivor From,依次循环,同时每次回收,对象的年龄都 +1,年龄增加到一定程度的对象,移动到老年代中。
老年代
存放生命周期较长的对象。JDK 8 之后改用元空间替代永久代。